專利名稱：一種金屬導熱基板及其制作方法
技術領域：
本發明涉及電子封裝技術領域，尤其涉及的是一種金屬導熱基板及其制作方法。
背景技術：
由于LED工作時結溫的上升會使發光復合幾率下降，壽命和輸出光通量也會隨著 溫度的升高而下降。如果PN結產生的熱量能盡快的散發出去，不僅提高產品的發光效率， 同時也提高了產品的可靠性和壽命，LED芯片對基板材料的線膨脹系數的匹配性也有嚴格 的要求。目前市面上較常見的陶瓷基板多為LTCC (低溫共燒陶瓷(LowTemperature Co-fired Ceramic LTCC))或厚膜技術制成的陶瓷散熱基板，此類型產品手網板印刷技術 的校準瓶頸，使得其對位精準度上無法配合更進一步的焊接，如共晶或覆晶封裝方式。現有技術比較常見的是絕緣介質層采用環氧樹脂，其上再粘附銅電路層；其主 要問題是1.環氧樹脂導熱性差；2.環氧樹脂高低溫穩定性差；3.環氧樹脂高溫裂解造成 可靠性差，且環氧樹脂與銅電路層及基板的連接強度不高；4.制造電路時工藝復雜、有污 染、不環保，且需要腐蝕掉不需要的銅電路層，浪費銅資源。因此，現有技術還有待于改進和發展。
發明內容
本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術的上述缺陷，提供一種金屬導熱基 板及其制作方法，其工藝簡單，無污染，節省了材料，降低了成本，并且具有很好的散熱效果。本發明解決技術問題所采用的技術方案如下一種金屬導熱基板的制作方法，其中，包括步驟A、根據需要的電路結構，采用印刷方法在金屬基板表面印制陶瓷玻璃混合物絕緣 介質漿料層；B、采用激光燒蝕方法熔融所述絕緣介質漿料層，使其與金屬基板緊密結合，形成 陶瓷玻璃混合物絕緣介質層；C、在所述絕緣介質漿料層上印刷金屬電路漿料層；D、采用激光燒蝕方法，對絕緣介質層上的金屬電路漿料層進行激光熔融，使其與 所述陶瓷玻璃混合物絕緣介質層緊密結合，形成金屬電路層。所述金屬導熱基板的制作方法，其中，在所述步驟A之前還包括步驟a、用機械或化學的方法除去金屬基板表面的油污和雜質，清洗并烘干后使金屬基 板的表面干凈平整。所述金屬導熱基板的制作方法，其中，所述陶瓷玻璃混合物絕緣介質漿料層主要 由玻璃相、陶瓷粉末與有機載體混合而成，且所述陶瓷粉末占10 70%、所述玻璃相占 20 80%、其余為所述有機載體。
所述金屬導熱基板的制作方法，其中，所述陶瓷粉末為三氧化二鋁、氮化鋁、氧化鋯、碳化硅和/或金剛石；所述玻璃相包括MgO-BaO-Al2O3-SiO2體系玻璃，及含B203、Ti02、CaF2、和/或&02的 添加劑；且其配比為Si02 :20-50wt%, Al2O3 :20-50wt%, BaO :10-20wt%,Mg0 :10-20wt%, 含B2O3, TiO2, CaF2、禾口 /或ZrO2的添加劑成分總和為5-10wt% ；所述有機載體至少包括松油醇和/或檸檬酸三丁酯，以及，含乙基纖維素、司 班-85、1-4 丁內酯和/或氫化蓖麻油的添加劑。所述金屬導熱基板的制作方法，其中，所述金屬電路漿料層的制作材料包括銅漿 料、銀漿料、金漿料、鈀漿料中的一種或數種的組合。所述金屬導熱基板的制作方法，其中，所述金屬基板的制作材料為鋁、銅、鋼、鈦、 鉬、鎢中的一種或其合金，不銹鋼，或者，可伐合金。一種金屬導熱基板，包括金屬基板，設置在所述金屬基板表面的絕緣介質層，以及 設置在所述絕緣介質層上的金屬電路層，其中，所述絕緣介質層為陶瓷玻璃混合物絕緣介質層，是根據需要的電路結構，通過采 用激光燒蝕方法熔融陶瓷玻璃混合物絕緣介質漿料所形成的；所述金屬電路層是通過激光燒蝕方法對所述陶瓷玻璃混合物絕緣介質層上的金 屬電路漿料進行激光熔融所形成的。所述的金屬導熱基板，其中，所述陶瓷玻璃混合物絕緣介質漿料層主要由玻璃相、 陶瓷粉末與有機載體混合而成，且所述陶瓷粉末占10 70%、所述玻璃相占20 80%、其 余為所述有機載體。所述的金屬導熱基板，其中所述陶瓷粉末為三氧化二鋁、氮化鋁、氧化鋯、碳化硅和/或金剛石；所述玻璃相包括MgO-BaO-Al2O3-SiO2體系玻璃，及含B2O3、TiO2、CaF2、和/或&02的 添加劑；且其配比為Si02 :20-50wt%, Al2O3 :20-50wt%, BaO :10-20wt%,Mg0 :10-20wt%, 含B2O3, TiO2, CaF2、禾口 /或ZrO2的添加劑成分總和為5-10wt% ；所述有機載體至少包括松油醇和/或檸檬酸三丁酯，以及，含乙基纖維素、司 班-85、1-4 丁內酯和/或氫化蓖麻油的添加劑。所述的金屬導熱基板，其中，所述金屬電路漿料層的制作材料包括銅漿料、銀漿 料、金漿料、鈀漿料中的一種或數種的組合；所述金屬基板的制作材料為鋁、銅、鋼、鈦、鉬、鎢中的一種或其合金，不銹鋼，或 者，可伐合金。本發明所提供的一種金屬導熱基板及其制作方法，由于采用在金屬基板上印刷絕 緣介質漿料層，采用激光燒蝕方法將其熔融，形成絕緣介質層，然后在絕緣介質層上印刷金 屬電路漿料層，采用激光燒蝕方法將其熔融，形成金屬電路層，具有如下優點1、采用印刷方法按需選擇性直接制作出所需要的絕緣介質漿料層和金屬電路漿 料層形狀，電路形狀容易設計，可以大量節約陶瓷玻璃混合物和金屬材料，工藝簡單，成本 低，環保無污染。2、采用激光熔融方法可以獲得很高的圖形精度，有利于產品的微型化和精準化。3、絕緣介質層和金屬電路層厚度按需任意控制，其最佳厚度分別為絕緣介質層4um 200um，金屬電路層4um 200um。4、采用激光燒蝕熔融方法形成所需絕緣介質層和金屬電路層，避免了整體高溫燒 結無需采用高溫燒結工藝，節能、環保，擴大了可選金屬基板的材料種類，易于實現產業化。
圖1是本發明實施例的金屬導熱基板的制作方法流程圖；圖2是本發明實施例提供的一種金屬導熱基板結構側視圖；圖3是本發明實施例提供的金屬導熱基板結構俯視圖。
具體實施例方式本發明所提供的一種金屬導熱基板及其制作方法，在金屬上使用印刷和激光燒蝕 熔融方法制造金屬基陶瓷玻璃混合物絕緣薄膜絕緣膜導熱PCB基板，用于功率LD、LED及功 率電子器件、傳感器的封裝、電路連接，并提供良好的散熱通道，為使本發明的目的、技術方 案及優點更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對本發明進一步詳細說明。應當理解， 此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明本發明的一種金屬導熱基板的制作方法，如圖1所示，包括以下步驟步驟110、對金屬基板表面去油、去氧化處理。用機械或化學的方法除去金屬基板 表面的油污和雜質，以及用微弧氧化法或噴砂工藝處理金屬基板表面，清洗并烘干后得到 干凈平整的金屬基板表面。步驟120、根據需要的電路結構，采用印刷方法在金屬基板表面印制陶瓷玻璃混合 物絕緣介質漿料層。所述根據需要的電路結構是在金屬基板表面根據電路設計的具體電路 結構形狀來印制陶瓷玻璃混合物絕緣介質漿料層。這樣，不用在整個金屬基板表面都覆蓋 陶瓷玻璃混合物絕緣介質漿料層，只是根據具體電路結構形狀來印制，其可以大量節約陶 瓷玻璃混合物，工藝簡單，成本低，環保無污染。本發明中，所述金屬基板的種類不限，常用鋁、銅、鋼、鈦、鉬、鎢中的一種或其合 金，不銹鋼，或者，可伐合金。所述陶瓷玻璃混合物絕緣介質漿料層主要由玻璃相、陶瓷粉末與有機載體混合而 成，且所述陶瓷粉末占10 70%、所述玻璃相占20 80%、其余為所述有機載體。其中，所述陶瓷粉末的主料為氧化鋯、碳化硅、三氧化二鋁、氮化鋁、和/或金剛石 等陶瓷粉末，后二者的導熱系數大大高于三氧化二鋁，使用時需按一定要求將陶瓷粉末與 玻璃相混合。所述玻璃相以MgO-BaO-Al2O3-SiO2體系玻璃為主，并添加了 B203、TiO2, CaF2, ZrO2 或其混合物作為添加劑；且其配比為:Si02 :20-50wt%, Al2O3 :20-50wt%, BaO :10-20wt%, MgO :10-20wt%，含 B203、Ti02、CaF2、和 / 或 ZrO2 的添加劑成分總和為 5-10wt%o所述有機載體主體為松油醇、檸檬酸三丁酯，以及，含乙基纖維素、司班-85、l-4 丁內酯和/或氫化蓖麻油的添加劑。步驟130、采用激光燒蝕方法熔融所述絕緣介質漿料層，使其與金屬基板緊密結 合，形成陶瓷玻璃混合物絕緣介質層。采用激光燒蝕方法熔融生成的陶瓷玻璃混合物絕緣 介質層與金屬基板的連接附著強度高，熱應力小，工藝簡單，且只需根據具體電路結構形狀在需要生長絕緣介質層的地方生長陶瓷玻璃混合物絕緣介質層，節省了材料，降低了成本， 無污染，并且可以達到更高的散熱效果。步驟140、在所述絕緣介質漿料層上印刷金屬電路漿料層。所述金屬電路漿料層的 材料為銅漿料、銀漿料、金漿料、鈀漿料中的一種或數種的組合。步驟150、采用激光燒蝕方法，對絕緣介質層上的金屬電路漿料層進行激光熔融， 使其與所述陶瓷玻璃混合物絕緣介質層緊密結合，形成全屬電路層。本步驟中的激光燒蝕 方法生成的金屬電路層與絕緣介質層的附著強度高，熱應力小，電氣性能良好，工藝簡單， 且只在上述步驟120中需根據具體電路結構形狀生長的陶瓷玻璃混合物絕緣介質層上生 成金屬電路層，節省了材料，降低了成本，無污染。其中，上述步驟中所述激光燒蝕方法的激光燒結工藝過程可采用在氮氣氣氛保護 或空氣中進行，如果采用在氮氣氣氛保護進行激光燒結效果更佳。以下通過一具體的實施例對本發明做更詳細說明。采用所述金屬基板為銅基板。陶瓷玻璃混合物絕緣介質漿料層漿料成分為氮化 鋁(AlN)粉末+玻璃相+有機載體。將各物質按AlN粉末50wt% ；玻璃相40wt% ；有機 載體IOwt %的重量比進行混合其中1、AlN粉末要求高純(99. 5% )的微粉2、玻璃相成分玻璃相以MgO-BaO-Al2O3-SiO2體系玻璃相為主，并添加了 B2O3和 CaFj^加劑。其各自配比為=SiO2 :40wt%, Al2O3 :20wt%,Ba0 :20wt%,Mg0 IOwtB2O3 5wt %、CaF2 5wt %。3、有機載體成分松油醇、檸檬酸三丁酯、乙基纖維素、司班-85、l-4 丁內酯有 機載體。其各自配比為松油醇70wt%、檸檬酸三丁酯20wt%、乙基纖維素4wt%、司 班-85 :3wt%、l-4 丁內酯:3wt%0所述金屬電路層漿料成分為銀粉末+玻璃相+有機載體。其中銀粉55%，玻璃相30%，有機載體(有機溶劑，粘稠劑，表面活性劑 等)15%。具體的工藝流程如下第一步、使用丙酮或其它溶劑，結合超聲技術對金屬基板表面去油、去氧化處理， 使其表面清潔無污染。然后用清水超聲沖洗晾干。第二步、將陶瓷玻璃混合物絕緣介質漿料按所述配比進行均勻混合，使其無氣泡， 達到所需要求。在絲網印刷機器上安裝已經制作好絕緣介質層的圖形的網板，并采用絲網 印刷工藝在金屬基板上印刷10微米厚度的陶瓷玻璃混合物絕緣介質漿料層。第三步、使用YAG連續固體激光器，調節激光器工作參數，使其光斑尺寸50微米， 激光光斑掃描速度為lOmm/s，對印刷好的絕緣介質漿料層通過激光直接照射熔融，使其與 金屬基板緊密結合，形成所述陶瓷玻璃混合物絕緣介質層。第四步、對所制作的基板用丙酮超聲進行清洗，除掉少數未熔融的陶瓷玻璃混合 物絕緣介質漿料。然后用清水超聲沖洗晾干。第五步、將金屬電路漿料按所述配比進行均勻混合，使其無氣泡，達到所需要求。 在絲網印刷機器上安裝已經制作好金屬電路圖形的網板，并采用絲網印刷工藝在上述基板上印刷10微米厚度的金屬電路漿料層。第六步、使用YAG連續固體激光器，調節激光器工作參數，使其光斑尺寸50微米， 激光光斑掃描速度為15mm/s，對印刷好的金屬電路漿料層通過激光直接照射對其熔融，使 其與陶瓷玻璃混合物絕緣介質層緊密結合，形成金屬電路層。第七步、對所制作的基板用丙酮超聲進行清洗，除掉少數未熔融的陶瓷玻璃混合 物絕緣介質漿料。然后用清水超聲沖洗晾干。上述激光燒結工藝過程采用在氮氣氣氛保護或空氣中進行。基于上述金屬導熱基板的制作方法，本發明實施例還提供了一種金屬導熱基板 100，如圖2和圖3所示。其包括金屬基板110，在所述金屬基板110表面設置有絕緣介質層 120，以及在所述絕緣介質層120上設置有金屬電路層130，其中，所述絕緣介質層120為陶 瓷玻璃混合物絕緣介質層，是根據需要的電路結構，通過采用激光燒蝕方法熔融陶瓷玻璃 混合物絕緣介質漿料，使其與金屬基板110緊密結合所形成的絕緣介質層120。所述金屬電路層130是通過激光燒蝕方法對所述陶瓷玻璃混合物絕緣介質層上 的金屬電路漿料進行激光熔融所形成的。這樣，形成本發明所述的金屬導熱基板100，即為 導熱PCB基板，用于功率LD、LED及功率電子器件、傳感器的封裝、電路連接，并可提供良好 的散熱通道。如圖2所示，在所述金屬電路層130安裝LED芯片140，所述LED芯片140從 不同的金屬電路層130引入電極，如圖2所示，本發明的金屬導熱基板100節省了材料，降 低了成本，并且具有很好的散熱效果。進一步地，所述金屬基板的種類不限，常用鋁、銅、鋼、鈦、鉬、鎢中的一種或其合 金，不銹鋼，或者，可伐合金。所述陶瓷玻璃混合物絕緣介質漿料層主要由玻璃相、陶瓷粉末與有機載體混合而 成，且所述陶瓷粉末占10 70%、所述玻璃相占20 80%、其余為所述有機載體。其中，所述陶瓷粉末的主料為氧化鋯、碳化硅、三氧化二鋁、氮化鋁、和/或金剛石 等陶瓷粉末，后二者的導熱系數大大高于三氧化二鋁，使用時需按一定要求將陶瓷粉末與 玻璃相混合。所述玻璃相以MgO-BaO-Al2O3-SiO2體系玻璃為主，并添加了 B203、TiO2, CaF2, ZrO2 或其混合物作為添加劑；且其配比為:Si02 :20-50wt%, Al2O3 :20-50wt%, BaO :10-20wt%, MgO :10-20wt%，含 B203、Ti02、CaF2、和 / 或 ZrO2 的添加劑成分總和為 5-10wt%o所述有機載體主體為松油醇、檸檬酸三丁酯，以及，含乙基纖維素、司班-85、l-4 丁內酯和/或氫化蓖麻油的添加劑。所述絕緣介質層的厚度較佳地為4um-200um，所述金屬電路層的厚度為 4um-200umo本發明所提供的一種金屬導熱基板及其制作方法，由于采用在金屬基板上印刷絕 緣介質漿料層，采用激光燒蝕方法將其熔融，形成絕緣介質層，然后在絕緣介質層上印刷金 屬電路漿料層，采用激光燒蝕方法將其熔融，形成金屬電路層，本發明具有如下優點1、采 用印刷方法按需選擇性直接制作出所需要的絕緣介質漿料層和金屬電路漿料層形狀，電路 形狀容易設計，可以大量節約陶瓷玻璃混合物和金屬材料，工藝簡單，成本低，環保無污染； 2、采用激光熔融方法可以獲得很高的圖形精度，有利于產品的微型化和精準化。3、絕緣介 質層和金屬電路層厚度按需任意控制，其最佳厚度分別為絕緣介質層4um 200um，金屬電路層4um 200um。4、采用激光燒蝕熔融方法形成所需絕緣介質層和金屬電路層，避免了整 體高溫燒結無需采用高溫燒結工藝，節能、環保，擴大了可選金屬基板的材料種類，易于實 現產業化。 應當理解的是，本發明的應用不限于上述的舉例，對本領域普通技術人員來說，可 以根據上述說明加以改進或變換，所有這些改進和變換都應屬于本發明所附權利要求的保 護范圍。
權利要求
一種金屬導熱基板的制作方法，其特征在于，包括步驟A、根據需要的電路結構，采用印刷方法在金屬基板表面印制陶瓷玻璃混合物絕緣介質漿料層；B、采用激光燒蝕方法熔融所述絕緣介質漿料層，使其與金屬基板緊密結合，形成陶瓷玻璃混合物絕緣介質層；C、在所述絕緣介質漿料層上印刷金屬電路漿料層；D、采用激光燒蝕方法，對絕緣介質層上的金屬電路漿料層進行激光熔融，使其與所述陶瓷玻璃混合物絕緣介質層緊密結合，形成金屬電路層。
2.根據權利要求1所述金屬導熱基板的制作方法，其特征在于，在所述步驟A之前還包 括步驟a、用機械或化學的方法除去金屬基板表面的油污和雜質，清洗并烘干后使金屬基板的 表面干凈平整。
3.根據權利要求1所述金屬導熱基板的制作方法，其特征在于，所述陶瓷玻璃混合物 絕緣介質漿料層主要由玻璃相、陶瓷粉末與有機載體混合而成，且所述陶瓷粉末占10 70%、所述玻璃相占20 80%、其余為所述有機載體。
4.根據權利要求3所述金屬導熱基板的制作方法，所述陶瓷粉末為三氧化二鋁、氮化鋁、氧化鋯、碳化硅和/或金剛石；所述玻璃相包括MgO-BaO-Al2O3-SiO2體系玻璃，及含B203、TiO2, CaF2、和/或&02的添 加劑；且其配比為Si02 :20-50wt%, Al2O3 :20-50wt%, BaO :10-20wt%,Mg0 :10_2(^{%，含 B2O3> TiO2, CaF2、禾口 /或ZrO2的添加劑成分總和為5-10wt% ；所述有機載體至少包括松油醇和/或檸檬酸三丁酯，以及，含乙基纖維素、司班-85、 1-4 丁內酯和/或氫化蓖麻油的添加劑。
5.根據權利要求1所述金屬導熱基板的制作方法，其特征在于，所述金屬電路漿料層 的制作材料包括銅漿料、銀漿料、金漿料、鈀漿料中的一種或數種的組合。
6.根據權利要求1所述金屬導熱基板的制作方法，其特征在于，所述金屬基板的制作 材料為鋁、銅、鋼、鈦、鉬、鎢中的一種或其合金，不銹鋼，或者，可伐合金。
7.一種金屬導熱基板，包括金屬基板，設置在所述金屬基板表面的絕緣介質層，以及設 置在所述絕緣介質層上的金屬電路層，其特征在于，所述絕緣介質層為陶瓷玻璃混合物絕緣介質層，是根據需要的電路結構，通過采用激 光燒蝕方法熔融陶瓷玻璃混合物絕緣介質漿料所形成的；所述金屬電路層是通過激光燒蝕方法對所述陶瓷玻璃混合物絕緣介質層上的金屬電 路漿料進行激光熔融所形成的。
8.根據權利要求7所述的金屬導熱基板，其特征在于，所述陶瓷玻璃混合物絕緣介質 漿料層主要由玻璃相、陶瓷粉末與有機載體混合而成，且所述陶瓷粉末占10 70%、所述 玻璃相占20 80%、其余為所述有機載體。
9.根據權利要求8所述的金屬導熱基板，其特征在于所述陶瓷粉末為三氧化二鋁、氮化鋁、氧化鋯、碳化硅和/或金剛石；所述玻璃相包括MgO-BaO-Al2O3-SiO2體系玻璃，及含B203、TiO2, CaF2、和/或&02的添 加劑；且其配比為Si02 :20-50wt%, Al2O3 :20-50wt%, BaO :10-20wt%,Mg0 :10_2(^{%，含B2O3> TiO2, CaF2、禾口 /或ZrO2的添加劑成分總和為5-10wt% ；所述有機載體至少包括松油醇和/或檸檬酸三丁酯，以及，含乙基纖維素、司班-85、 1-4 丁內酯和/或氫化蓖麻油的添加劑。
10.根據權利要求7所述的金屬導熱基板，其特征在于，所述金屬電路漿料層的制作材 料包括銅漿料、銀漿料、金漿料、鈀漿料中的一種或數種的組合；所述金屬基板的制作材料為鋁、銅、鋼、鈦、鉬、鎢中的一種或其合金，不銹鋼，或者，可 伐合金。
全文摘要
本發明涉及電子封裝技術領域，公開了一種金屬導熱基板及其制作方法，由于采用在金屬基板上印刷絕緣介質漿料層，采用激光燒蝕方法將其熔融，形成絕緣介質層，然后在絕緣介質層上印刷金屬電路漿料層，采用激光燒蝕方法將其熔融，形成金屬電路層，提供了良好的絕緣散熱通道。本發明中采用激光熔融方法可以獲得很高的圖形精度，有利于產品的微型化和精準化，制作過程工藝簡單，無污染，節省了材料，降低了成本，并且具有很好的散熱效果。
文檔編號H01L23/34GK101894762SQ20101020696
公開日2010年11月24日 申請日期2010年6月12日 優先權日2010年6月12日
發明者劉 文, 劉沛, 徐光輝, 柴廣躍, 王少華, 雷云飛, 黃長統 申請人:深圳大學